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1、消失模铸造两个关前前 言言随着消失模铸造设备国产化配套水平的提高，随着消失模铸造原辅材料质量的不断提高，诸多科研人员对于消失模铸造原理和理论研究的不断深入，加上从生产实践中涌现出一大批具有一定理论基础和实践经验的消失模铸造技术骨干力量，我国的消失模铸造出现史无前例的好局面。尤其是许多新建中小企业在选择铸造生产方式的时候，优先考虑采用消失模铸造，真正是方兴未艾，前程似锦。但是，必须认识到中小企业普遍存在的技术力量薄弱、管理者的认知水平欠缺，检测手段不健全和资金不充足等诸多问题；尤其是对消失模铸造认识上的不足，所以，在产品选择和工艺技术方面出现这样那样的问题，难免遇到挫折走点弯路。在此，就中小企业
2、的决策者和技术人员如何认识消失模铸造及其工艺技术特殊性，结合我们的实践谈几点认识与体会。消失模铸造就是利用泡沫塑料容易气化、燃烧的特性，将泡沫模样埋进砂型中然后给予负压后这个时候就是通俗说的实型型腔，浇入高温金属液使泡沫塑料模样迅速热解、气化燃烧而消失，金属液随即占据气化模的空间（也可以说成是金属与泡塑模样置换过程），冷却后得到消失模铸造生产的铸件。为了防止金属液渗入砂子空隙中造成铸件粘砂缺陷，给模样表面要涂刷耐火涂料，这个涂层能在金属液浇注型腔过程，可以支持干砂型，防止其塌箱和崩溃。由于泡沫塑料模样的存在，金属液充填过程与砂型铸造方法是不相同的。如果完全利用传统铸造理念产生的工艺设计消失模铸
3、造工艺生产的铸件出现缺陷是在所难免的。所以，消失模铸造的缺陷与其铸件成形过程密切相关。如果连消失模铸造的原理完全不懂或者知之甚少，完全依照砂型铸造去做，那肯定是举步维艰，甚至会一塌糊涂。在距我们不远地方就有这样个例，一个单位因为经济效益好，但他们是从事根本与铸造无关的行业，决策者过高地估计了消失模铸造的优势，包括对消失模铸造成本价格的错误估算，就决定投资两千万上个消失模铸造企业，结果开工就几个月不到半年，因为生产的铸件缺陷怎么也消除不了，就已经停业关门了。投资者原以为消失模铸造很简单，其实并非如此。消失模铸造和其他铸造方法与工艺不同，当然影响铸件质量的因素也不同。由于气化的泡塑模样在消失模铸造
4、过程中必不可少的要消耗掉，每生产一个铸件就要消耗一个模样。模样成型及制作质量的好坏，既影响到铸件的尺寸精度和变形程度又影响铸件的表面粗糙度；模样在参与成型为铸件浇注过程中的物理化学反应进行的如何直接影响到铸件的内在质量。所以，我们才说模样制作和模样气化是消失模铸造的两大核心环节，是决定消失模铸造成功与失败的关键技术。干砂负压铸造法（EPC法）：干砂负压铸造法是将真空密封造型法与实型铸造进行工艺嫁接而形成的一种新的铸造方法，因而它保留了真空密封造型法和实型铸造的主要优点，克服了它们各自的缺点和局限性，这不仅是实型铸造技术的新突破，更是实型铸造法的新发展。在干砂填充成型法基础上，采用负压浇注，不仅
5、利用砂箱内外压差使干砂紧实，还保证了泡塑模在真空下气化，产生的气体也能及时和有效地排放，这样所产生的气体量大大减少。由于金属液被浇注进入真空状态下的型腔，因此铸件表面精度很高，同时简化了造型操作，无须混砂工序，铸件容易落砂清理，极少粉尘污染，减少了气孔以及根除了由粘结剂等添加物引起的铸造缺陷。该方法已成为消失模铸造的最重要方法。EPC法工艺流程如下：消失模铸造工艺流程图消失模铸造工艺流程图如果是从事消失模铸造工作，就应该对泡沫塑料这种聚苯乙烯遇热后变化的基础知识有所了解。消失模铸造中，金属液浇注时泡沫塑料模样是处于不同温度下，泡塑模样并不是一下立即消失；随着金属液给热温度不同，泡塑模样的状态也
6、不相同。泡沫塑料加热到75左右开始变形软化，进入高弹态；温度超过100时，泡孔内空气和发泡剂穿过泡孔壁逸出，体积急剧缩小到原来的几十分之一；到164左右开始变为粘流态；在316左右聚苯乙烯开始解聚；温度超过576低分子聚合物发生裂解。在700以上高温泡沫塑料极度裂解、进入气化态，在有氧条件下伴随着燃烧。超过1350后低分子聚合物急剧裂解，析出氢的含量大约到一半，燃烧更加剧烈并析出大量的游离碳和由挥发性气体产生的火焰。由此我们可知，消失模铸造中浇注时泡塑模样遇高温金属液立即热解、气化燃烧，浇注的金属液同时与其相互作用，金属液不断占据其退缩的空间，泡塑模样这种不断消失逐渐趋向完全消失掉，金属液在不
7、停顿的占据中逐渐冷却凝固而形成铸件。泡塑模样消失（即气化）的越完全越彻底，铸件形成的越健全越完好；整个过程对消失模铸件质量有决定性的关系。以铸铁为例，如果浇注铁液温度在1350，此时聚苯乙烯不完全分解而生成固相碳（碳黑），它分布在铸型的表面，这个时候的铸铁含碳量接近于饱和，碳元素不易渗入铸件表层，就容易沉积在铸件表面。轻则，这些分解产物堆积在铸件表面局部，只是造成铸件表面粗糙；在工艺条件不良下，使铸件表面形成波纹状或滴瘤状的皱皮等缺陷，习惯称之为碳质缺陷，这类碳质缺陷严重时就会导致铸件报废。虽然泡沫模型的变形和泡沫材料的热解产物可能会对铸件的质量带来诸多的不利影响。但是，其生产工序的减少和操作
8、内容的简化，为减轻铸造工人的劳动强度创造了有利条件，由于铸件近无余量净成型，从而大大减小了铸件重量，消失模铸造可以提高生产率。加之清砂极为简便，最大限度地能够排除了粉尘污染，因此，成为铸造行业节能减排的先进工艺技术之一。所以，这种新技术、新工艺、新材料仍然对铸造行业有着巨大的的吸引力。只要对模型材料和制模工艺、耐火涂料以及振实填砂装箱等工艺环节进行严格的控制认真仔细的操作，完全能够克服和消除不利影响因素，获得优质的精密铸件。要保证消失模铸造产品的质量好，选择优质的消失模铸造专用泡沫珠粒是关键的一个环节。用包装用泡沫来制造产品的泡塑模型，会因为其发气量，增碳量等不定因素大大影响了铸件产品质量。现
9、在随着消失模铸造业在国内的迅速蓬勃发展，随之而来原辅材料也要求越来越专业化。一.消失模铸造用专用泡沫珠粒的常规专用名称：1)消失模铸造专用的可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）；2)可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）；3)可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒简称EPMMA）。用户根据铸件的特点和要求来选用需要的品种和规格，以确保获得优质的泡沫塑料模型和消失模铸件。消失模铸造用专用泡沫珠粒产品的适用范围表1 消失模铸造用专用泡沫珠粒产品的适用范围品种 适 用 范 围 EPS EPS有色金属（铝、铜等）、灰铁及一般钢铸件STM STMMA灰铁、球铁、低碳钢、合金钢铸件EA EPM
10、MA球铁、可锻铸铁、低碳钢、合金钢、不锈钢铸件等原始珠粒的选择：首先根据铸件材质及对铸件的质量要求来选择珠粒的品种，再根据铸件的壁厚来选择珠粒的规格。在预发泡时，4050倍的发泡倍率，珠粒直径将是原始珠粒的3倍左右。为了得到良好的模样表面状态，在成型时，模样最小壁厚部位要在最小壁厚方向排列3颗珠粒。这样，所选择的最大原始珠粒直径(mm)=铸件最小壁厚(mm)l/31/3。例如，要得到5mm最小壁厚的铸件，就需要直径为0.55mm以下的原始珠粒作模样材料。但有时对薄壁件，尤其是灰铸铁件，其珠粒直径要更小一点。而对厚壁件，珠粒的充填不成问题，模样也有一定的强度，适当选用大的珠粒，也能得到理想的铸件
11、表面。原始珠粒的预发泡：消失模铸造用的预发泡机一般采用间歇式预发泡机。间歇式预发泡机有间歇式蒸汽预发泡机和真空预发泡机两种。间歇式蒸汽预发泡机预发泡工艺参数：EPS预发温度100105；STMMA预发温度105115；EPMMA预发温度120130。预发泡时，蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免造成结块，发泡不均匀，甚至部分珠粒过度预发泡而破裂。发泡时珠粒与水蒸气接触，预发泡珠粒含水量的质量分数高达10左右，因此卸料后必须经过干燥处理。真空预发泡机的加热介质（蒸汽或油）不直接接触珠粒，珠粒的发泡是真空和加热的双重作用而使发泡剂加速气化溢出的结果。因此，预热温度和时间、真空度的大小和抽
12、真空的时间是影响预发泡珠粒质量优劣的关键因素。一般真空度设定为0.060.08MPa，抽真空2030s，预热时间13min，最好两分钟以内，预热温度由夹层蒸汽压控制。二、消失模铸造用的泡沫模样在浇注过程中要被高温气化掉或燃烧掉，金属液才会取代其空间位置而形成铸件，因而要对泡塑模样的外部和内在质量提出以下五条要求。（1）模样表面粗糙度低，珠粒间融合良好，没有明显的突起与凹陷，无过融、无伤损、无油污，其形状和尺寸精确的符合模样图要求。（2）模样在确保强度前提下密度要低而且各部位密度均匀，以使热解产物尽量少，保证金属液顺利充填，且不产生铸造缺陷；模样内不允许有夹杂物。（3）模样的结构与工艺设计要尽可
13、能的合理。（4）模样在涂敷涂料前，必须进行干燥处理，减少水分并使尺寸稳定。（5）模样在满足上述要求的同时，还要具有一定的强度和表面刚度，以保证在粘结、涂敷涂料、干燥、搬运、填砂装箱等操作过程中不被损坏或变形。预发珠粒的干燥、熟化处理：一般真空预发泡机不仅珠粒预发倍数高，珠粒粒径均匀而且预发的珠粒是干燥的。若采用加压式蒸汽预发泡机，预发泡后的珠粒含水率高，需用进行干燥处理，干燥风温为2535，使珠粒含水率降到2%以下。经预发泡后的珠粒内部呈减压状态，通常要存放一定时间使其干燥熟化，让其稳定。EPS的熟化时间如表2所示。表2EPS预发珠粒熟化时间堆积密度/gL-115202530最佳熟化时间/h4
14、87224481030525最少熟化时间/h10520.5EPMMA和STMMA预发泡珠粒的熟化时间比上述EPS的熟化时间要短些，最佳的熟化温度为2025。三、模样的制作工艺：无论采用哪一种珠粒制模，其制模工艺流程都是相同的。其工艺过程如下：原始珠粒的选择预发泡珠粒的干燥、熟化处理发泡成型模样的熟化模样组合。目前，消失模所用的原材料主要有可发泡聚苯乙烯（EPS）、可发泡聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)、苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物（STMMA）等。根据试验分析可知用EPS模样主要缺点是容易引起铸铁件表面产生光亮碳缺陷和使铸钢件表面增碳，而采用EPMMA模样对解决增碳、皱皮、黑渣等缺陷非常有效。
15、但是，EPMMA的发气量大，约是EPS的1.5倍。STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，其共聚物兼有前两者的优点。还可调节共聚物的组成，生产不同性能的泡沫塑料，以满足不同铸造场合的需要。根据原料的性能和铸件的不同，选择模样原料的原则如下：（1）对于增碳没有要求的铝、铜、灰铸铁件和中碳钢以上的铸钢件，可采用EPS珠粒；而表面增碳要求较高的低碳钢铸件最好采用STMMA，对表面要求特高的少数合金钢铸件可选用EPMMA。（2）性能要求较高的球铁件对卷入的碳黑夹渣比较敏感，可能会引起铸件产生裂纹，所以模样的原料也选用STMMA。此外，对于表面要求光洁的薄壁铸件，必须采用最细的珠粒，最优的发泡率，采
16、用STMMA。（3）根据模样的壁厚选择珠粒的大小。壁厚越薄，要求珠粒径越小。一般来说原始珠粒不应大于铸件最小壁厚的1/10。发泡成型：发泡成型的目的就是在于将一次预发的松散珠粒填入到一定形状和尺寸的模具中，再次加热进行二次发泡，形成与模具形状和尺寸一致的整体模样。批量生产的模样，通常都采用成型机成型。其发泡成型工艺过程：（1）预热。模具安装好后，将它预热到100，保证模具是热态和干燥的。（2）填料。一般使用料枪进行射料，填充足够的泡沫珠粒。（3）通蒸汽。一般通入0.10.15MPa的水蒸汽。为了保证成型质量，正向通气后，再逆向通气一次，然后正逆同时通气，使型腔内蒸汽不流动。这样可以获得发泡均匀
17、、表面光洁、密度轻的发泡模样。通蒸汽的时间由试验测定。（4）冷却。一般采用喷水冷却的方法将模具冷却到4050。（5）顶出。对于自动或半自动成形机，有机械顶杆取模法和真空吸盘取模法两种常用方法。四、模样的熟化与稳定化干燥对发泡成型后的模样要进行干燥和存放一段时间使其稳定化，叫做模样的干燥、熟化，简称模样熟化处理。熟化分自然熟化和烘房(烘房温度一般控制在4560)中熟化(强制熟化)。模型在干燥和熟化过程中要收缩，一般EPS模样的收缩率为0.4%0.7%；EPMMA模样和STMMA模样的收缩率为0.2%0.4%。熟化时间与模样材料、模样壁厚、熟化条件(温度、湿度、通风)等因素有关。由于模样在成型过程
18、要与水蒸气和水接触，刚脱模的模样含有很多水分。造成模样含水量的因素很多，主要是发泡成型、加热给蒸汽压力、通蒸汽时间及冷却时给水时间等，一般情况下刚刚脱模的模样含水量在6-8%左右，这样的模样是绝对不能直接拿去上涂料的。很直观低说模样熟化就是消除水分和稳定线收缩率，这就是进行熟化处理的目的。等模样经过熟化干燥以后，其线收缩基本稳定了，才允许进行下道工序作业。为了保证消失模铸件质量，模（片）样在黏结和组装前以模样壁厚不同和干燥条件不同而异，一定要依据情况进行时间不定的干燥，才能使模（片）样中的水分含量降到1%以下，才能使其线收缩稳定在0.45%左右。要根据实际的具体情况而定。我们一般EPS模样强制
19、熟化46天，EPMMA和STMMA模样熟化57天。笔者到过许多地方，听到说“自然干燥2、3天”这样极端不科学的工艺概念，我们并不反对在条件允许时进行自然干燥，但其效果取决于环境温度和湿度，一年四季的温度和湿度差别很大，而且我们这么大的地域差别同样很大，在长三角州那里的梅雨季节湿度很大，如果只控制温度根本干燥不到熟化不好。所以，对所谓“自然熟化”不能一概而论，要遵循科学规律具体问题具体分析具体对待，用科学的工艺原则去处理可变的因素。为了提高生产效率，缩短模样熟化干燥处理周期，根据自身生产条件可以制定合理的强制干燥时间，这样才能达到节能和提高生产效率以及烘房利用率的目的。如果控制手段好把模样放置在
20、（60050）的烘房中强制干燥6-12小时。厚大件取上限，薄小件取下限，烘房湿度应40%。可以用对比模样烘干前后含水分量来确定，生产单位普遍采用“试片”来测定模样干燥程度方法，只能是个参考。有条件单位把必要的检测手段应健全。模样的组合与粘结：较复杂的泡沫模样如不能在一副模具内成型，需要进行分片处理，各片单独用模具成型，人们习惯把它叫模样片；然后用粘结的方法，将多个泡沫模样片组合成整体泡沫模样。对于简单泡沫模样的小批量的生产，采用手工方式粘结；而对于复杂模片的大批量生产，采用自动粘合机生产，用粘合模具来保证粘合精度。复杂的模型通常是用分片泡沫模样组合起来的。两片泡沫模片对接时，粘结面上的黏胶总有
21、一定的厚度，一般取0.10.3mm。对于壁厚较薄的泡沫模片可适当增加对接处的厚度。要求模样组装用黏结剂气化迅速、无残留物。在粘合模样及浇注系统时黏结剂的用量必须薄而均匀，过多的黏结剂可能导致模样气化不完全，因其未气化彻底留的残渣同样影响铸件质量。消失模铸造浇注系统的材料泡沫塑料要选对用对，我们的主张是浇注系统用料最好和成型的模样白件用料一致。就笔者所知许多消失模铸造企业没有压制浇注系统用泡沫塑料板材的专用成型机，而是到建材市场上购买泡沫塑料成型板，然后拉回去再按浇注系统尺寸的要求切割。只是说强度和珠粒不符合要求，殊不知建筑用和铸造用的材质要求就不同。其中有一个企业他们把浇注系统用泡沫塑料用料改
22、变后夹渣减少了百分之四十左右，那就是原先用的建材上的泡沫塑料板由于珠粒粒度大而且压制不好，珠粒间隙涂料刷过程涂料钻进去了，浇注时这些耐火涂料就随金属液进入了铸件。除此之外，严格要求粘结的操作工要把浇注系统各个部分能组合时粘接牢固，这样才能预防侵刷涂料时操作工搬动时浇注系统产生裂纹导致钻进涂料，才有可能减少夹渣缺陷和最大限度地从进渣源头杜绝夹渣或夹砂缺陷所以，在能粘牢固的基础上涂刷的黏结剂是愈少愈好。这是获得完美的消失模铸造生产的铸件的基础工作之一。五、模样涂敷涂料后的烘干与固化涂料涂挂以后需要进行烘干与固化，以确保涂层获得足够的强度与透气性。涂料的固化和干燥根据使用的设备不同，可分为自然干燥和
23、加热干燥两种。加热干燥依据采用的加热燃料分为电热鼓风干燥、热蒸气加热干燥、燃煤直接加热干燥等多种干燥室加热干燥方式。通常，消失模铸造用涂料均可任其自然干燥。它的干燥速度主要取决于涂料的溶剂和气候条件。醇溶性耐火涂料可在3060分钟内自然干燥，水溶性耐火涂料一般需812小时才能干燥固化。为了加快用于大型模样的水溶性涂料的干燥速度，生产上的简便方法是将刷有涂料的模样放在阳光下或60度以下的烘房内来加速干燥。对于成批生产的小模样，较多的是应用烘箱与烘干室，在5060度鼓风加热412小时以加快涂层的干燥固化。常用干燥设备与设施：a、电加热干燥，电加热干燥采用电热鼓风烘箱进行，温度控制利用浮点式温度继电
24、器控制，烘干室大小根据要烘干模样的尺寸、结构进行设计。b、燃煤加热干燥，燃煤加热干燥是目前成本最低的加热干燥方法，干燥时采用热管技术，使煤燃烧形成的高温气体通过热管排出，不进入烘干室，热管将热量幅射进烘干室，并通过传导、对流的方式将热量散发至整个烘干室，温度采用控制煤的燃烧速度对方法控制，温度测量可采用数显温度计测量。c、蒸气加热干燥，对于有条件的单位，可采用蒸气加热的方式进行加热。涂料烘干应注意的细节：1、烘干过程应注意模样的合理放置和支撑，防止模样变形。2、模样涂料必须烘干透。3、干燥后的模样应放置在湿度较小的地方，防止吸潮和潮解。为了缩短烘干时间，烘炉应装有空气除湿系统。烘烤时空气湿度及
25、流动状态与烘干时间和温度同等重要。模样达到干燥状态重量稳定，但是烘干时间必须通过实验确定。熟化处理与干燥：熟化定形与干燥包括自然熟化和烘房（一般为4060）中熟化（强制熟化）。模型经过熟化干燥要收缩，EPS模样收缩率为0.40.8。影响熟化的主要因素：熟化温度、熟化时间及熟化方式。最合适的自然熟化温度为2025，最佳自然熟化时间为4天左右。生产中为了缩短模样熟化处理的时间，通常将模样放置入5060的烘干室中强制干燥1218小时。在浇注过程中不仅要求泡塑模样气化完全、不留残渣；干砂负压（EPC法）铸造黑色金属的充型过程就是金属液的充填与泡塑模样的气化消失的过程。实际上这些气态产物，在金属液流动的
26、前沿与未熔化或气化的泡塑模样之间形成空隙，在金属液体压头作用下，热解产物透过涂料层从金属液前沿间隙中排出，降低间隙的反压力，从而使金属液进一步充填型腔。泡塑模样热解气态产物在铸型材料中的凝聚改变了铸型的热物性参数和旧砂的使用性能，从而影响到铸件的成型过程；向铸型材料中传输的热解产物的多少，决定了聚集在型腔内的热解产物的数量。黑色金属消失模铸造中，则耐火涂料涂层的透气性成为很主要的性能指标。当涂层的透气性低时，由于泡塑模样存在着中心低边缘高的密度梯度，金属液在气态分解物的反作用下，流动前沿呈现前凸的形状，从而将气化分解产物推向两侧面的涂层，在负压作用中及时排出型腔。相反，采用过高透气性的涂料充型
27、金属液的前沿容易出现紊流。尤其对于低密度模样，有时候出现凹陷形状，沿着涂层型壁快速流动的金属液先于分解产物全部排出型腔之前而覆盖涂层，就有可能封闭逸出通道，这个时候浇注的铸件易产生皱皮、炭黑或气孔等缺陷。所以，研究泡塑模样热解产物在铸型中传质与凝聚的过程是非常重要的。浇注系统设计与浇注工艺同样对消除消失模铸件缺陷有影响。采用底注式浇注系统时，铸件的上表面很容易产生增碳缺陷；采用顶注式浇注系统，铁水流容易紊乱，将热解产物易夹入金属液中造成内部增碳或气孔。所以，对于高度不大的小件宜采用顶注；对于高度较大的中大件适宜采用阶梯或底注方式，最后在金属液最后到达部位设置排渣冒口。为了减少铸件增碳，除了设计
28、好浇注系统之外，还得控制好浇注工艺，依据铸件确定合适浇注温度，浇注速度不宜太快，过快了会增加增碳量，尽可能使其与模样气体热解产物排出速度同步，高温金属液与模样热解产物接触的时间是越短越好，使模样尽快气化，并将气化产物排出型外或尽可能把残留渣排至冒口和集渣口里。浇注结束后，根据铸件壁厚及表面积大小规定合适的负压及冷却时间，避免铸件长时间在高温下继续增碳的倾向。总而言之，消失模铸造的气化模样热解产物与铸件缺陷有非常密切的关系；消失模铸造泡塑模样气化的程度直接关系到铸件质量。要想防止消失模铸件缺陷的产生就得学习并弄懂消失模铸造成形原理，从这一原理出发合理选择各个工序的工艺参数及所使用的材料，才能提高铸造的成品率和铸件质量。进一步提高球铁铸件表面质量是铸造工作者的新的研究课题，只要广大铸造工作者深入研究与试验，从泡沫材料、涂料、浇注系统及工艺方法诸多方面进行分析改进，力求铸件精度与表面光洁度有突破性提高，以满足国内外汽车、家电及其它行业中高档与高精尖模具和生产大批量复杂铸件的庞大市场需求。谢谢在座的各位！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢